一种高耐久性超双疏飞机防冰涂层及其制备方法

本发明涉及超双疏防冰涂料，具体是一种高耐久性超双疏飞机防冰涂层及其制备方法。

背景技术：

1、飞机在高空低温和高湿度环境下飞行时，容易在飞机表面、机翼及发动机进气口等部位结冰。这些冰层会增加飞机的重量，改变气动特性，影响飞机的操控和性能。完善和高效的防冰措施是保障飞行安全的关键组成。受荷叶的启发，超疏水表面因具有快速除水、延缓结冰、低冰粘附性等优异性能，被广泛认为是一种理想的防冰表面。然而，如果涂层长期被雨滴冲刷，油污会附着在涂层表面，导致其超疏水性能失效，进而失去快速除水的效果。因此，当表面雨滴结冰时，超疏水表面的微纳米结构与冰相互锁定，导致冰的粘附性显著增加。此外，涂层制备工艺复杂、耐久性差都限制了其实际应用。

2、综上所述，目前现有的飞机超疏水防冰涂层存在以下不足：耐油性差，易被油污附着；制备工艺复杂；耐久性差。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种高耐久性且兼具超疏水和超疏油性能的飞机防冰涂层及其制备方法，该涂层制备工艺简单，便于大规模应用，耐用性和耐油污附着性能好，使用寿命长。

2、本发明所提供的一种高耐久性超双疏飞机防冰涂层的制备方法，具体包括如下步骤：

3、(1)制备醇类混合溶液：将一定量的酸性或碱性水溶液缓慢滴加在醇类溶剂中，得到具有一定ph值的醇类混合溶液；

4、(2)制备核壳结构微纳米颗粒：向步骤(1)得到的醇类混合溶液中加入适量微米颗粒，搅拌均匀，得到微米颗粒分散液，所述微米颗粒分散液中微米颗粒的质量分数为2％-4％，然后，向分散液中缓慢滴加正硅酸四乙酯，搅拌下反应，搅拌结束后，将所得溶液离心，弃去上层液体，将所得沉淀物离心洗涤干燥，得到核壳结构微纳米颗粒；

5、(3)制备改性核壳结构微纳米颗粒：按照步骤(1)的方法制备另一份醇类混合溶液，将步骤(2)所得核壳结构微纳米颗粒分散在该醇类混合溶液中，向混合溶液中逐滴滴加改性氟硅烷，持续搅拌，搅拌结束后将所得溶液离心，弃去上层液体，将所得沉淀物离心洗涤并干燥，干燥结束后粉碎研磨并过筛，获得改性核壳结构微纳米颗粒；

6、(4)制备改性胶黏剂：将胶黏剂滴加在乙二醇溶液中，搅拌均匀，得到溶液a，按照步骤(1)的方法制备第三份醇类混合溶液，将改性氟硅烷缓慢滴加在该份醇类混合溶液中，随后滴加少量正硅酸四乙酯，并在室温下持续搅拌，得到溶液b，将溶液a与溶液b混合，持续搅拌，得到改性聚氨酯胶黏剂；

7、(5)将步骤(3)得到的改性核壳结构微纳米颗粒与步骤(4)得到的改性胶黏剂按一定比例混合，搅拌均匀，得到超双疏涂料，将超双疏涂料喷涂在飞机漆表面，固化后，得到高耐久性超双疏飞机防冰涂层。

8、进一步的，步骤(1)中，酸性水溶液为盐酸、硝酸、乙酸水溶液中的一种，碱性水溶液为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾的水溶液中的一种。

9、进一步的，步骤(1)中，若加入酸性水溶液，则醇类混合溶液的ph值为2-4；若加入碱性水溶液，则醇类混合溶液的ph值为8-12。

10、进一步的，步骤(2)中所述微米颗粒为微米级凹凸棒石颗粒，其粒径为38μm以下。

11、进一步的，步骤(2)中，正硅酸四乙酯与微米凹凸棒石的摩尔比为(5-8)：1。

12、进一步的，步骤(2)中，加入正硅酸四乙酯后，所述搅拌的搅拌时间不少于2h，搅拌温度为40-50℃。

13、进一步的，步骤(3)中的改性氟硅烷为1h，1h，2h，2h-全氟癸基三乙氧基硅烷、1h，1h，2h，2h-全氟辛基三乙氧基硅烷或三乙氧基(1h,1h,2h,2h-九氟己基)硅烷中的至少一种，且步骤(3)中所加入的改性氟硅烷与步骤(2)中微米凹凸棒石的摩尔比为(0.8-2.2):1。

14、进一步的，步骤(3)中为确保除去颗粒表面未反应的氟硅烷，干燥温度控制在100-120℃。

15、进一步的，步骤(3)中，加入改性氟硅烷后，所述搅拌的搅拌时间不少于2h，搅拌温度为40-50℃。

16、进一步的，步骤(2)、(3)中，所述离心的离心速度为1500-3500r/min，离心时间为5-10min，所述洗涤是分别采用去离子水和无水乙醇洗涤，洗涤次数不小于5次。

17、进一步的，步骤(4)中的改性氟硅烷为1h，1h，2h，2h-全氟癸基三乙氧基硅烷、1h，1h，2h，2h-全氟辛基三乙氧基硅烷或三乙氧基(1h，1h，2h，2h-九氟己基)硅烷中的至少一种。

18、进一步的，步骤(4)中的胶黏剂为水性聚氨酯胶黏剂。

19、进一步的，步骤(4)中改性氟硅烷与正硅酸四乙酯的体积比为10:1，其中，正硅酸四乙酯的作用为促进改性氟硅烷水解。

20、进一步的，步骤(4)中制备溶液b时，在室温下搅拌的时间不少于2h。

21、进一步的，步骤(4)中胶黏剂与改性氟硅烷的质量比为1:0.2-0.4。

22、进一步的，步骤(4)中溶液a与溶液b混合后的搅拌时间不少于30min。

23、进一步的，步骤(5)中改性核壳结构微纳米颗粒与改性胶黏剂的质量比为1:(0.4-0.8)。

24、进一步的，步骤(5)中喷涂所使用的喷枪喷嘴直径为0.8-1.5mm，喷涂压力为0.6mpa，距离为25-30cm。

25、进一步的，步骤(5)中，飞机漆表面由锌黄丙烯酸聚氨酯底漆及飞机蒙皮用聚氨酯无光磁漆制成，飞机漆表面为半固化表面。

26、进一步的，步骤(5)中，涂层固化条件为50℃下48h。

27、本发明还提供一种按照上述制备方法所得到的高耐久性超双疏飞机防冰涂层。

28、进一步的，所述高耐久性超双疏飞机防冰涂层对于不同表面张力液体(包括水、菜籽油、润滑油、十六烷)的静态接触角均大于150°，滚动角均小于10°。在-15℃下，该涂层表面延迟液滴结冰时间可达440s。此外，该涂层可抵御多种机械和化学损伤。

29、本发明提出了一种高耐久性超双疏飞机防冰涂层及其制备方法，制备方法包括在微米凹凸棒石颗粒表面原位负载二氧化硅纳米颗粒，并加以低表面能氟硅烷改性，同时利用氟硅烷对水性聚氨酯胶黏剂进行氟化改性，并将改性核壳结构微纳米颗粒引入到改性聚氨酯胶黏剂中，随后将其均匀喷涂到飞机漆表面，固化制得超双疏防冰涂层。本方法制备的超疏水表面对于水、菜籽油、润滑油、十六烷等不同表面张力液体展现出优异的排斥性，能够在-15℃下延迟涂层表面液滴结冰440s，且具有优异的耐磨损、抗气流冲击、耐油污、耐酸碱侵蚀的综合防护性能，能够在经过机械磨损和化学腐蚀后保持良好的超双疏和自清洁性能。

30、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

31、(1)、本发明的制备流程短﹑操作便捷安全、设备简单、成本低廉，适合大规模制备和应用；

32、(2)、本发明中采用原位负载和氟硅烷改性的方法制备改性核壳结构微纳米复合颗粒，降低颗粒表面张力和超双疏性能，有利于在涂层表面构建微/纳米分级结构，提升涂层的疏液性能；

33、(3)、本发明采用的飞机漆粘结剂与涂层粘结剂相同，可为涂层沉积提供良好的附着位点，增加飞机漆与涂层的粘结力，使涂层在固化过程中附着的更加牢固，增强涂层的耐久性；

34、(4)、本发明制备的超双疏涂层，具有微纳米分级结构表面，提供了优异的液滴排斥性，且微纳结构与液滴间的空气可作为热障层以减缓液滴与表面间的热量交换，延迟液滴结冰时间可达440s；

35、(5)、本发明制备的超双疏涂层，经过砂纸磨损﹑高速气流冲击、酸碱盐溶液浸泡、高温高湿等条件处理后仍保持良好的超双疏性能；

36、(6)、本发明通过喷涂法沉积固化后即可获得稳定的超双疏涂层，有利于大面积整体施工，特别是针对不规则外形的部件处理。